СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Советский патент 1995 года по МПК F23G7/05 

Изобретение относится к технологии сжигания вредных газов, в частности, образованных от продувок скважин в атмосферу в связи с необходимостью очистки ствола скважины и призабойной зоны от технологических жидкостей, и может найти применение в нефтяной и газовой отраслях промышленности.

Целью изобретения является снижение концентрации токсичных выбросов.

Указанная цель достигается способом, включающим подачу в зону максимальных температур факела водной фазы, в котором в качестве водной фазы используют буровые сточные воды (БСВ) в количестве 1,0-1,5 л на 1 м³ сжигаемых компонентов, предварительно обработанные анионоактивным поверхностно-активным веществом (ПАВ), в количестве 0,01-0,10% от объема БСВ и дополнительно подают БСВ в зону отходящих газов объемом, в 3-4 раза превышающем подачу БСВ в зону максимальных температур.

БСВ жидкая часть грубо-дисперсной системы отходов технологии бурения газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин. БСВ коллоидно-дисперсная система, содержащая в своем составе химреагенты различной природы, используемые при бурении скважин различные минеральные и органические вещества: глины, утяжелители, нефтепродукты и нефть, растворимые соли и др. соединения.

Обобщенный состав БСВ можно представить в следующем виде, мас.

Твердая фаза (глина,
выбуренная порода, утяжелитель) 0,1-5,0
Органические регуля-
торы реологических
свойств, фильтрации
и стабилизации (КМЦ, УЩР, нефть) 0,1-0,5
Регуляторы рН Na₂CO₃, NaOH, KOH 0,01-2,00 Хлориды Na₂Ca 0,1-3,0 Вода Остальное
Дисперсный состав представлен в основном минеральной составляющей БСВ с размерами частиц в основном не превышающими 20 мкм. Грубодисперсные частицы практически отсутствуют, так как они быстро осаждаются под действием стоксовских сил. Взвешенные вещества представлены глиной, частицами утяжелителя выбуренной породы, а также высокомолекулярными соединениями и нерастворимыми минеральными солями.

Нефть и нефтепродукты содержатся в БСВ в пленочном, эмульгированном состоянии. Растворенные примеси представлены в основном минеральными солями (хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты натрия, калия, кальция, магния).

Анализ БСВ различных районов бурения показал, что состав и свойства БСВ изменяются в следующем диапазоне: рН 7,5-10,0: взвешенные вещества 3,0-42 г/л; нефтепродукты 0,1-1,0 г/л; химическая потребность по кислороду (ХПК) 1,0-2,0 гО₂/л.

Для снижения поверхностного натяжения БСВ обрабатывают ПАВ. Наиболее экономичными для этих целей являются анионоактивные ПАВ, например, сульфонол НП-3, диссоциирующие в воде с образованием поверхностно-активного аниона, при заявляемых концентрациях снижающие поверхностное натяжение с 73 ˙ 10^-3 Н/м до (30-35) ˙ 10^-3 Н/м.

Снижение поверхностного натяжения БСВ перед их вспрыскиванием через форсунки в факел позволяет получить более мелкий распыл дисперсионной среды. Это можно объяснить тем, что с уменьшением поверхностного натяжения уменьшится работа образования единицы поверхности. При добавлении сульфонола НП-3 в количестве 0,1% от объема БСВ работа, необходимая для образования единицы поверхности уменьшается в 2,4 раза, а максимальный диаметр капель уменьшается в 1,8 раза (от 860 мкм до 486 мкм).

Высокодисперсное распыление БСВ способствует лучшему массообмену между жидкой и газообразной фазой в факеле, что в итоге приводит к более высокой степени очистки отходящих газов от токсичных веществ.

В зоне максимальных температур факела в результате процессов диссоциации и высокой активности атомов и радикалов ускоряются процессы реакции синтеза окислов азота из атмосферного воздуха по следующему механизму
N₂ + O₂ 2NO
Снижение концентрации окислов азота можно достигнуть понижением максимальной температуры процесса путем, например, ввода в высокотемпературную зону факела воды, пара или по предлагаемому изобретению, БСВ. Значительная часть минеральных нерастворимых соединений в БСВ представлена глинистыми частицами, которые при высокотемпературной обработке из гидрофильных переходят в гидрофобные. На последних хорошо адсорбируются частицы сажи, а также другие несгоревшие соединения углеводородов, образуя тонкий равномерный слой, которые и будут сгорать до СО₂ и Н₂О.

Однако отходящие газы по вышеописанному процессу содержат значительное количество кислых компонентов (особенно СО₂,СО и др.), выброс которых вследствие нейтрализации кислых компонентов дополнительно подают БСВ в зону отходящих газов объемом, в 3-4 раза превышающем подачу БСВ в зону максимальных температур. Повышенный объем необходим для обеспечения полноты процессов нейтрализации кислых компонентов щелочным раствором с образованием следующих безвредных соединений: Na₂SO₃, CaSO₄, CaCO₃ и т. д.

Присутствие в БСВ солей гуминовых кислот (УЩР, ПУЩР) дополнительно приводит к хемосорбционной очистке отходящих газов от кислых компонентов. Соли гуминовых кислот способствуют окислению нитритов в нитраты, а отработанный сорбент представляет собой гуминоазотное удобрение, пригодное для использования на любых почвах и содержащее 7-10% усваиваемого азота и 15-25% хорошо усваиваемых растениями солей гуминовых кислот, являющихся эффективными стимуляторами роста растений.

П р и м е р 1. В БСВ следующего состава, мас. Твердая фаза 2 УЩР 0,3 КМЦ 0,1 Нефть 0,1 Сода кальциниро- ванная 0,01 Хлориды 0,01 Вода Остальное
Вводят сульфонол НР-3 в количестве 0,1 об. Затем БСВ насосом с регулируемой подачей 1 л/м³ сжигаемых компонентов подаются к механическим центробежным форсункам с круглыми тангенциальными входными каналами. Перепад давления жидкости на форсунке 5,0 ˙10⁵ Па. Производительность одной форсунки G 0,1 кг/с. Необходимый центральный корневой угол факела распыла α_k 100^о. В зону максимальных температур БСВ подают через 4 форсунки, в зону отходящих газов через 12 форсунок, расположенных над факелом, на расстоянии 3-5 м от оси. Незначительное вспенивание БСВ при давлении ПАВ не влияет на работу насоса.

Газоконденсатная смесь поступает из скважины через трубопровод диаметром 75 мм к факельной горелке. Горелка укладывается на краю котлована объемом 150 м³.

После подачи на форсунки БСВ зажигается факел.

Такие испытания проведены при освоении скважин на Карачаганакском нефтегазоконденсатном месторождении.

Молярный состав пластовой смеси по разрезу продуктивной толщи (скважинная продукция при продувках газа в атмосферу) приведен в таблице.

Содержание отходящих газов после обработки по заявляемой технологии, мг/м³: CO 435 NOx 9,8 SO₂ 424 Σ CH 36 Сажа 31
При сжигании указанной газоконденсатной смеси на факеле содержание отходящих газов, мг/м³: CO 2180 NO_x 38 SO₂ 2120 Σ CH 572 Сажа 1145
П р и м е р 2. В БСВ следующего состава, мас. Твердая фаза 2 УШП 1,5 КМЦ 0,2 Нефть 0,2 NaOH 0,1 Хлориды Na 0,5 Вода Остальное
вводят сульфонол НП-3 в количестве 0,01 об. и далее проводят все операции так, как указано в примере 1, с увеличением числа форсунок в зоне на факел отходящих газов до 16 и регулируемой подачей БСВ 1,2 л на 1м³ сжигаемых компонентов.

Содержание отходящих газов, мг/м³: CO 389 NO_x 8,4 SO₂ 249 Σ CH 46 Сажа 29
П р и м е р 3. В БСВ следующего состава, мас. Твердая фаза 2,5 УЩР 0,1 Нефть 0,1 КМЦ 0,15 NaOH 1,6 Хлориды Ca, Mg 0,6 Вода Остальное
вводят сульфонол НП-3 в количестве 0,05 об. и далее проводят все операции так, как указано в примере 1, с регулируемой подачей на факел БСВ 1,5 л на 1 м³ сжигаемых компонентов.

Содержание отходящих газов, мг/м³: CO 290 NO_x 7,4 SO₂ 152 Σ CH 36 Сажа 32
Введение ПАВ в количестве менее 0,01 об. не приводит к значительному снижению поверхностного натяжения БСВ, поэтому размер капель после выхода из форсунки примерно такой же, что и без добавления ПАВ. Улучшения массообмена между водной и газообразной фазами не происходит, поэтому степень очистки от токсичных компонентов не повышается по сравнению с тем, когда ПАВ не вводится в БСВ. При таком грубом распыле капли выносятся за пределы факела, что приводит к снижению степени очистки газожидкостной смеси.

Введение ПАВ в количестве более 0,1 об. не способствует дальнейшему снижению поверхностного натяжения (<30 ˙10^-3 Н/м), уменьшению размера капель и увеличению межфазной поверхности при распылении сточных вод в форсунках.

При подаче в зону горения БСВ в количестве менее 1 л на 1м³ сжигаемых компонентов не достигается высокой степени очистки в первую очередь от сажи; в количестве более 1,5 л БСВ на 1 м³ сжигаемых компонентов экономически нецелесообразно, так как не весь объем дисперсной фазы реагирует с кислыми компонентами отходящих газов, что приводит к нерациональному расходу электроэнергии. При заявляемой технологии в сравнении с прототипом концентрации СО и NO_x уменьшается в 2,5-3 раза, SO₂ в 6-7 раз.

Σ CH в 12-16 раз, сажи в 5-7 раз.

Кроме того, технология высокоэкономична и направлена на снижение ущерба, наносимого окружающей среде, за счет уменьшения выбросов токсичных газов при продувках скважин в атмосферу в период их отработки, и утилизации буровых сточных вод, являющихся отходом процесса бурения.

Сущность изобретения: газоконденсатная смесь поступает из скважины к факельной горелке в зону максимальных температур вместе со смесью буровых сточных вод с 0,01 0,1 об. поверхностно-активного вещества, взятой в количество 1 1,5 на 1 м³ сжигаемых компонентов. Дополнительно указанную смесь подают в зону отходящих газов в количестве, превышающем поджачу смеси в зону максимальных температур в 3 4 раза. 1 табл.

СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ путем подачи их вместе с водной фазой в зону максимальных температур факела, отличающийся тем, что, с целью снижения концентрации токсичных выбросов, в качестве водной фазы вводят смесь буровых сточных вод с 0,01 0,1 об. поверхностно-активного вещества, взятой в количестве 1 1,5 л на 1 м³ сжигаемых компонентов и дополнительно подают указанную смесь в зону отходящих газов в количестве, превышающем подачу смеси в зону максимальных температур в 3 4 раза.